本發(fā)明涉及一種凍結(jié)管接頭的斷裂自動堵漏裝置，屬于地層凍結(jié)工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

凍結(jié)管斷裂始終是威脅人工地層凍結(jié)法施工(如凍結(jié)鑿井)安全的關(guān)鍵，至令尚未很好解決。凍結(jié)管一旦斷裂將造成鹽水泄漏、凍結(jié)壁融化，甚至釀成淹井事故。國內(nèi)外凍結(jié)鑿井史上，斷管事故始終相伴，曾屢次誘發(fā)淹井。

實踐證明凍結(jié)管斷裂大多出現(xiàn)在管道接頭處，并且總是在鹽水發(fā)生大量泄漏甚至涌入工作面后才發(fā)現(xiàn)，這時已造成重大的安全危害和經(jīng)濟損失。長期以來，針對凍結(jié)管接頭處容易發(fā)生斷裂的難題，眾多研究人員進行了不懈探索努力，包括研制新型接頭形式來改善凍結(jié)管接頭強度及變形能力，以期避免斷管事故，其中取得良好效果的新型接頭形式如內(nèi)襯管對焊接頭。

然而，實踐表明：雖然采用新型接頭，完善施工方法可減少斷管事故，但仍無法徹底杜絕斷管事故。隨著我國凍結(jié)法鑿井穿過的沖積層深度越來越大，凍結(jié)管接頭由于抗拉、變形能力有限，正面臨越來越大的斷管風(fēng)險。

鑒于此，本發(fā)明通過在接頭處安裝斷裂后自動堵漏裝置，及時封堵斷裂處的鹽水，以消除凍結(jié)管接頭斷裂帶來的巨大安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種凍結(jié)管接頭的斷裂自動堵漏裝置，降低甚至消除凍結(jié)管斷管威脅，改變以往接頭發(fā)生斷裂無法進行及時彌補修復(fù)，導(dǎo)致鹽水大量泄漏，危及凍結(jié)法施工的現(xiàn)狀，從而保證工程施工的安全。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種凍結(jié)管接頭的斷裂自動堵漏裝置，包括套筒、化學(xué)藥劑，所述套筒套在凍結(jié)管接頭處，其兩個端部通過套筒緊固密封組件與凍結(jié)管緊固密封，套筒的內(nèi)徑大于凍結(jié)管接頭外徑，套筒的內(nèi)壁與凍結(jié)管接頭外表面之間形成一個封閉的環(huán)形空腔，化學(xué)藥劑儲存于該環(huán)形空腔內(nèi)。

所述套筒由非金屬材料制成，或者為金屬柱筒結(jié)構(gòu)；其中，非金屬材料包括硅膠、熱塑基復(fù)合材料、聚碳酸酯材料，金屬柱筒結(jié)構(gòu)包括軸向可伸縮的金屬波紋管，或鋁合金、鎂合金、304不銹鋼卷材等材質(zhì)的卷筒。

所述套筒緊固密封組件包括兩種形式，第一種為：所述套筒緊固密封組件包括套箍、彈性密封圈，其中，彈性密封圈的橫截面形狀為上下等厚的圓環(huán)形，其設(shè)置于套筒的端部內(nèi)壁與凍結(jié)管外表面之間，套箍緊固于套筒的端部外壁上，該種形式緊固密封組件適用于非金屬套筒。第二種為：所述套筒緊固密封組件包括套箍、彈性錐/楔形密封圈、擋圈，其中，彈性錐/楔形密封圈為橫截面形狀為上下不等厚的錐或楔形環(huán)，其設(shè)置于套筒的端部內(nèi)壁與凍結(jié)管外表面之間，套箍緊固于套筒的端部外壁上，擋圈焊接在凍結(jié)管上，且位于彈性錐/楔形密封圈外側(cè)，并與其緊靠，此種形式緊固密封組件適用于金屬套筒。

所述套箍為非金屬閉合式或者金屬非閉合式，其中，非金屬閉合式套箍的材質(zhì)為塑料或橡膠等，金屬非閉合式套箍的材質(zhì)為鋼、銅或鋁合金等；金屬非閉合式套箍為圓環(huán)單開口套箍或者半圓環(huán)對接裝配套箍，并通過卡扣或螺栓安裝緊固。

所述彈性密封圈和彈性錐/楔形密封圈的材質(zhì)為硅橡膠、氫化丁腈橡膠等。

所述化學(xué)藥劑是在-40℃～60℃環(huán)境下性能長期穩(wěn)定、具有活性，遇0～-40℃的低溫鹽水后能發(fā)生快速固化反應(yīng)，生成具有或不具有膨脹性的彈性止水材料且能與管接頭本體材料良好粘結(jié)的化學(xué)材料。

所述化學(xué)藥劑包括水溶性聚氨酯密封止水劑、耐鹽型遇水膨脹止水橡膠或者在0～-40℃的低溫下能夠快速固化的改性環(huán)氧樹脂。

有益效果：本發(fā)明提供了一種凍結(jié)管接頭的斷裂自動堵漏裝置，通過安裝該裝置，可以有效避免因凍結(jié)管接頭斷裂引起鹽水大量泄漏帶來的安全事故。一旦凍結(jié)管接頭發(fā)生斷裂，該型裝置可以及時有效產(chǎn)生膠黏物質(zhì)進行堵漏止水，保證管接頭不繼續(xù)開裂泄漏，從而保證凍結(jié)壁乃至凍結(jié)法施工工程的安全。

附圖說明

圖1-a、圖1-b分別是實施例1的軸向截面、徑向截面(a-a)示意圖；

圖2-a、圖2-b分別是實施例2的軸向截面、徑向截面(b-b)示意圖；

圖3-a、圖3-b分別是實施例3的軸向截面、徑向截面(c-c)示意圖；

圖4-a、圖4-b分別是實施例4的軸向截面、徑向截面(d-d)示意圖；

圖5-a、圖5-b分別是實施例5的軸向截面、徑向截面(e-e)示意圖；

圖中，1、套筒；2、套筒緊固密封組件；3、化學(xué)藥劑；4、套箍；5、彈性密封圈；6、彈性錐/楔形密封圈；7、擋圈；8、螺栓；9、角焊縫；10、對接焊縫；11、上部凍結(jié)管；12、下部凍結(jié)管；13、內(nèi)襯管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如附圖所示，本發(fā)明提供了一種凍結(jié)管接頭的斷裂自動堵漏裝置，包括套筒1、化學(xué)藥劑3，套筒1套在凍結(jié)管接頭處，其兩個端部與凍結(jié)管緊固密封，套筒1的內(nèi)徑大于凍結(jié)管接頭外徑，套筒1的內(nèi)壁與凍結(jié)管接頭外表面之間形成一個封閉的環(huán)形空腔，化學(xué)藥劑3儲存于該環(huán)形空腔內(nèi)。

套筒1可采用具有較高彈性與強度，隔水性及耐低溫性能良好的橡膠材料，包括但不限于硅膠、熱塑基復(fù)合材料(tpu)、聚碳酸酯材料(pc)；也可以采用金屬柱筒結(jié)構(gòu)，金屬柱筒可以采用軸向可伸縮的金屬波紋管，也可以采用高韌性、軸向易變形的薄壁(皮)卷筒，其材質(zhì)包括具有高強高韌性能的鋁合金或鎂合金，304不銹鋼卷材等。套筒1的兩個端部通過套筒緊固密封組件2與凍結(jié)管緊固密封，或者直接焊接于凍結(jié)管上。套筒1的橫截面形狀應(yīng)與凍結(jié)管截面形狀相適應(yīng)，既可以是圓形，也可以是非圓形截面；套筒1的長度要滿足填充化學(xué)藥劑3的有效高度及兩端安裝套筒緊固密封組件2的要求；套筒壁厚按能承受凍結(jié)管下沉過程中的側(cè)向擠壓、不致于發(fā)生破損而定。

套筒緊固密封組件2包含兩種形式，第一種形式為：套筒緊固密封組件2包括套箍4、彈性密封圈5，其中，彈性密封圈5的橫截面形狀為上下等厚的圓環(huán)形，其設(shè)置于套筒1的端部內(nèi)壁與凍結(jié)管外表面之間，套箍4緊固于套筒1的端部外壁上。第二種形式為：套筒緊固密封組件2包括套箍4、彈性錐/楔形密封圈6、擋圈7，其中，彈性錐/楔形密封圈6為橫截面形狀為上下不等厚的錐或楔形環(huán)，其設(shè)置于套筒1的端部內(nèi)壁與凍結(jié)管外表面之間，套箍4緊固于套筒1的端部外壁上，擋圈7焊接在凍結(jié)管上，且位于彈性錐/楔形密封圈6外側(cè)，并與其緊靠。

套箍4為非金屬閉合式或者金屬非閉合式。對于非金屬閉合式套箍可以采用塑料套箍、橡膠套箍等，其安裝緊固方式，既可利用熱縮性質(zhì)實現(xiàn)自緊固，如pe熱縮套箍、pvc熱縮套箍或pet熱縮套箍等；該套箍也可采用具有冷縮性能的材料達到自緊固，如硅橡膠或三元乙丙橡膠。對于金屬非閉合式套箍可以采用鋼套箍、銅套箍、鋁合金套箍等，其結(jié)構(gòu)形式既可是圓環(huán)單開口套箍(如喉箍)，也可是半圓環(huán)對接裝配套箍，其安裝緊固方式，可通過卡扣、螺栓進行安裝緊固。

彈性密封圈5安裝于套筒1的上下端部與凍結(jié)管外表面之間，其橫截面形狀為上下等厚的圓環(huán)形，其上下長度需大于套箍4的高度，以便于緊固密封套筒1。彈性密封圈5的作用一方面是用來緊固密封套筒1，另一方面將橡膠等非金屬套筒撐開，保證套筒1與凍結(jié)管接頭之間有足夠的環(huán)形空間來填充化學(xué)藥劑3，起到支撐作用。彈性密封圈5的材質(zhì)需滿足高低溫下(-40℃～60℃)彈性較大、密封性能良好，如硅橡膠、氫化丁腈橡膠等。

彈性錐/楔形密封圈6與彈性密封圈5基本相同，區(qū)別在于其橫截面形狀為上下不等厚的圓環(huán)形，以便緊密擠入到套筒1的上下兩端與凍結(jié)管外表面之間的空隙中。

擋圈7焊接在凍結(jié)管上，且位于彈性錐/楔形密封圈6的上下端，并與其緊靠使之軸向抵緊固定密封圈，從而保證彈性錐/楔形密封圈6與金屬套筒1緊固密封在凍結(jié)管外表面，不發(fā)生滑動，其材質(zhì)為具有較高強度與剛度的金屬材料，外徑需大于套筒1的外徑。

化學(xué)藥劑3是填充在套筒1與凍結(jié)管接頭外表面之間的環(huán)形空腔內(nèi)，高、低溫環(huán)境下(-40℃～60℃)性能穩(wěn)定、活性良好，遇低溫鹽水后能發(fā)生快速固化反應(yīng)，生成具有或不具有膨脹性的彈性止水材料且能與管接頭本體材料良好粘結(jié)，從而具有良好封堵性能的化學(xué)材料；包括但不限于水溶性聚氨酯密封止水劑、耐鹽型遇水膨脹止水橡膠、低溫快速固化的改性環(huán)氧樹脂等。

具體安裝施工方法：

凍結(jié)管對焊前，首先把套筒1套在管接頭部位的下方；管接頭對焊完畢并適當降溫后，把套筒1上移至凍結(jié)管接頭部位，使套筒上、下端分別位于凍結(jié)管接頭的上、下方。然后，采用至少一件套筒緊固密封組件2把套筒1下端固定在管接頭下方的凍結(jié)管上；進而，向套筒與管結(jié)構(gòu)之間的環(huán)形空腔內(nèi)均勻充填化學(xué)藥劑3；最后，安裝上端套筒緊固密封組件2，使套筒的上端固定在上方的凍結(jié)管上。套筒1的上、下端與凍結(jié)管之間需安裝緊固，并確保封水性；為保證封水性的安全可靠，在套筒端部與密封圈之間、密封圈與凍結(jié)管之間可涂抹耐低溫的密封膠；對于橡膠或塑料等柔性材質(zhì)套筒，還可對環(huán)形腔體做抽真空處理。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

實施例1：

如圖1a和1b，本實施例的凍結(jié)管接頭的斷裂自動堵漏裝置，包括套筒1、套筒緊固密封組件2、化學(xué)藥劑3，套筒1套在凍結(jié)管接頭處，其兩個端部通過套筒緊固密封組件2與凍結(jié)管緊固密封，套筒1的內(nèi)徑大于凍結(jié)管接頭外徑，套筒1的內(nèi)壁與凍結(jié)管接頭外表面之間形成一個封閉的環(huán)形空腔，化學(xué)藥劑3儲存于該環(huán)形空腔內(nèi)。其中，套筒緊固密封組件2包括套箍4、彈性密封圈5，彈性密封圈5的橫截面形狀為上下等厚的圓環(huán)形，其設(shè)置于套筒1的端部內(nèi)壁與凍結(jié)管外表面之間，套箍4緊固于套筒1的端部外壁上，套箍4采用非金屬閉合式。

安裝施工方法：

(1)在進行凍結(jié)管對焊連接前，按照從外向內(nèi)依次為：套箍4、套筒1、彈性密封圈5的順序分別套在下段凍結(jié)管上，注意要套在接頭稍遠處，以防焊接高溫破壞橡膠套和套箍。

(2)待焊接適當冷卻降溫后，首先，將兩件彈性密封圈5分別上移至凍結(jié)管接頭上下方的指定位置，其次，把套筒1上移至凍結(jié)管接頭部位，使套筒1的上、下端分別位于彈性矩形密封圈5的外側(cè)，利用下端套箍4把套筒1下端固定在管接頭下方的凍結(jié)管上。套箍4若采用的是熱縮型套箍，利用電吹風(fēng)等方式加熱套箍達到熱縮密封效果；若采用的是冷縮型套箍，這種套箍一般預(yù)先擴張在可抽支撐管上，使用時只需將套箍4在套筒1上下端定位準確后抽去支撐管即可，利用其徑向收縮力形成嚴密的包裹，起到防水、防塵、密封作用。

(3)在保證橡膠套內(nèi)部干燥清潔的條件下，向套筒1與凍結(jié)管外表面之間的環(huán)形空腔內(nèi)充填化學(xué)藥劑3，使之沿周向均勻分布。

(4)利用和下端套箍相同方式對上端套箍4進行緊固，使之通過壓緊彈性矩形密封圈5來將套筒1上端固定在管接頭上方的凍結(jié)管上。

施工過程中需要保持套筒1內(nèi)部與管接頭處干燥清潔，以防待填充的化學(xué)藥劑3被污染，影響效果。為保證封水性的安全可靠，可涂抹耐低溫的密封膠對套筒1的上下端口、套筒與密封圈之間進行密封；另外還可對橡膠套和凍結(jié)管之間的腔體做抽真空處理。

實施例2：

如圖2a和2b，本實施例的裝置的結(jié)構(gòu)基本同實施例1，區(qū)別在于：套筒緊固密封組件2中的套箍4采用的是圓環(huán)單開口套箍。

安裝方法基本同實施例1，區(qū)別在于：圓環(huán)單開口套箍采用螺栓8進行緊固；為保證封水性的安全可靠，套筒1上下端可分別采用多個圓環(huán)單開口套箍進行緊固。

實施例3：

如圖3a和3b，本實施例的裝置的結(jié)構(gòu)基本同實施例1，區(qū)別在于：套筒緊固密封組件2中的套箍4采用的是半圓環(huán)對接裝配式套箍。

安裝方法基本同實施例1，區(qū)別在于：半圓環(huán)對接裝配式套箍不需要事先套在套筒外，可以在套筒安裝定位準確后，再利用半圓對接式套箍通過螺栓8進行緊固；為保證封水性的安全可靠，套筒上下端可分別采用多個半圓環(huán)對接裝配式套箍進行緊固。

實施例4：

如圖4a和4b，本實施例的裝置的結(jié)構(gòu)基本同實施例1，區(qū)別在于：套筒1采用的是金屬波紋管；套筒緊固密封組件2包括套箍4、彈性錐/楔形密封圈6、擋圈7，其中，彈性錐/楔形密封圈6為橫截面形狀為上下不等厚的錐或楔形環(huán)，其設(shè)置于套筒1的端部內(nèi)壁與凍結(jié)管外表面之間，套箍4緊固于套筒1的端部外壁上，擋圈7焊接在凍結(jié)管上，且位于彈性錐/楔形密封圈6外側(cè)，并與其緊靠。其中套箍4采用的半圓環(huán)對接裝配式套箍。

安裝方法基本同實施例1，區(qū)別在于：定位安裝好彈性錐/楔形密封圈6與套筒1后，將擋圈7焊接緊固在凍結(jié)管接頭下方的指定位置，利用下端擋圈7來軸向抵住壓緊下端彈性錐/楔形密封圈6，然后利用下端套箍4環(huán)向壓緊套筒1；待從上端填充完化學(xué)藥劑3后，利用與下端套筒相同的緊固方式，對上端套筒進行緊固密封。

實施例5：

如圖5a和5b，本實施例的裝置的結(jié)構(gòu)基本同實施例4，區(qū)別在于：套筒1采用的是高韌型金屬薄壁柱筒，套筒緊固密封組件2中的套箍4采用的是圓環(huán)單開口套箍。

安裝方法基本同實施例4，區(qū)別在于：圓環(huán)單開口套箍需要在安裝套筒1的同時，將套箍事先套在套筒外部，一起套在凍結(jié)管接頭附近的外表面，其余步驟同實施例4。為保證封水性的安全可靠，套筒上下端可分別采用多個套箍進行緊固，同時可采用耐低溫金屬密封膠對套筒上下端口進行密封。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。